RESULTADOS DA LITERATURA

Comparações diretas com resultados encontrados na literatura não podem ser realizadas pelo fato de que as plantas descritas sempre apresentam diferenças em relação à planta considerada neste estudo. Mesmo assim, valores de eficiência, de fator de capacidade e de consumo parasita para plantas semelhantes são fornecidos como orien­ tação nas próximas seções. Destaque-se que todas as plantas citadas são consideradas de pequeno porte e possuem tanto um campo de calhas parabólicas quanto um ciclo de Rankine orgânico. Porém, sugere-se a consulta da revisão bibliográfica na Seção 2.4 e das referências dadas nas Seções 7.5.1-7.5.3 para que se conheçam as particularidades a respeito de cada planta.

7.5.1 EFICIÊNCIAEFATORDECAPACIDADEDAPLANTA

Pelos resultados exibidos na Tabela 7.5, nota-se que a inclusão de um armazenamento térmico com capacidade aproximada de seis horas aumenta o fator de capacidade médio do ciclo de Rankine de 23 para 43% e reduz levemente a eficiência média líquida da planta de 7,8 para 7,4%. De acordo com Canada et al. (2005a), a inclusão de um sistema com um único reservatório térmico estratificado com seis horas

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de capacidade para a planta solar de Saguaro deve aumentar o fator de capacidade anual de 23 para 40% e a eficiência anual de 7,5 para 7,9%. Uma avaliação independente apresentada por Kolb e Hassani (2006) indica que a inclusão do mesmo sistema de armazenamento para a planta de Saguaro deve aumentar o fator de capacidade anual de 23 para 42% e a eficiência anual de 7,8 para 7,9%. Destaque-se que os valores de Kolb e Hassani (2006) desconsideram o consumo parasita e a indis­ ponibilidade dos equipamentos. Conforme as estimativas de Price e Hassani (2002) em um estudo teórico sobre pequenas centrais heliotér­ micas, uma planta com apenas uma hora de armazenamento térmico e com um múltiplo solar25 _{igual a 1,0 deve apresentar um fator de}

capacidade anual de 19% e uma eficiência anual de 8,1%, enquanto que uma planta com seis horas de armazenamento e com um múltiplo solar igual a 2,0 deve apresentar um fator de capacidade anual de 39% e uma eficiência anual de 8,2%.

Pelos resultados exibidos na Tabela 7.7, nota-se que a capacidade de armazenamento exerce uma influência pouco acentuada sobre o desempenho da planta, principalmente para capacidades maiores. Tripli­ cando-se o volume de armazenamento (de 30 para 90 m³), o fator de capacidade médio do ciclo de Rankine aumenta de 38,4 para 45,8% e a eficiência média líquida da planta de 6,6 para 7,8%. Como visto na Tabela 7.13, as estimativas de Price e Hassani (2002) para uma planta com um múltiplo solar igual a 2,0 revelam uma tendência semelhante, na qual a eficiência e o fator de capacidade sofrem incrementos pequenos e progressivamente menores com o aumento da capacidade de armazenamento. Destaque-se que o estudo de Price e Hassani (2002) também considera armazenamento térmico em óleo mineral com um sistema de dois reservatórios. Kolb e Hassani (2006) comentam que a produção anual estimada para a planta solar de Saguaro aumenta muito pouco com capacidades maiores que o valor de seis horas definido no projeto do sistema de armazenamento térmico da planta.

25 Na definição de Price e Hassani (2002), um múltiplo solar igual a 1,0 significa que o campo de coletores é projetado para fornecer a quantidade exata de calor para a operação do ciclo de potência na condição nominal quando se dispõe de uma radiação de pico (1000 W/m², incidência normal ao coletor). Por essa definição, uma planta com um múltiplo solar de 2,0 possui uma área de coletores duas vezes maior que uma planta semelhante com um múltiplo solar de 1,0. A título de exemplo, as usinas SEGS, mesmo sem armazenamento térmico, apresentam múltiplos solares de aproximadamente 1,25.

7 Resultados 183

Tabela 7.13: Estimativas para fator de capacidade e eficiência anuais de uma pequena central heliotérmica com múltiplo solar de 2,0.

Capacidade de armazenamento Fator de capacidade Eficiência [h] [%] [%] 3 36 7,6 4 37 7,8 5 38 8,1 6 39 8,2 7 40 8,4 8 41 8,5 9 41 8,5

Fonte: Price e Hassani (2002).

7.5.2 EFICIÊNCIADOCICLODEPOTÊNCIA

Com a exceção do caso com aproveitamento de calor residual para a produção de água gelada, os resultados obtidos para a eficiência média do ciclo de Rankine não variam muito entre todos os casos consi­ derados neste estudo (em torno de 17,8%). O valor da eficiência de conversão para a condição nominal do equipamento (Tabela 4.1) mostra- se levemente inferior (16,2%), provavelmente devido a uma menor temperatura média observada neste estudo para o resfriamento do condensador do ciclo de Rankine.

De acordo com Larson (1987), testes revelaram um decréscimo pequeno na eficiência do ciclo de potência da planta solar de Coolidge com a redução da potência elétrica gerada em relação à condição nominal. Conforme Fenton et al. (1984), verificou-se experimental­ mente que a eficiência do ciclo de potência da planta solar de Willard em condições estáveis de operação ficava sempre em torno de 15%, independentemente da época do ano. A condensação do ciclo de Rankine realizada com a água fria disponível através do poço do sistema de irrigação da planta de Willard estabilizava a sua eficiência ao longo de todo o ano.

7.5.3 CONSUMOPARASITA

Pelos resultados da segunda e da terceira análise para as configu­ rações sem fonte complementar de energia (Seções 7.3.2 e 7.3.3), o consumo parasita representa de 3,7 a 4,7% da energia elétrica produzida

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pelo ciclo de Rankine ao longo do ano simulado. Destaque-se novamente que o consumo pela bomba interna do ciclo de Rankine é descontado do valor da energia elétrica produzida pelo ciclo e não é somado ao valor do consumo parasita pela planta. Se o consumo interno do ciclo de Rankine fosse levado em conta, o percentual de consumo parasita aumentaria significativamente. Conforme os dados do fabri­ cante para a condição nominal do equipamento, o ciclo consome inter­ namente um total de 10 kW para uma geração líquida de 120 kW. No entanto, os percentuais de consumo parasita de energia elétrica pela planta em estudo, embora não incluam o consumo interno do ciclo de Rankine, parecem estar subestimados quando comparados com os valores relatados na literatura. A planta solar de Willard, para o solstício de verão, consumia cerca de 16% da energia elétrica bruta gerada ao longo do dia (FENTON et al., 1984), enquanto que a planta solar de Coolidge, para um dia ensolarado de verão, consumia cerca de 19% (LARSON, 1987).

7.6 VERIFICAÇÕES

Não se identificam problemas em uma série de verificações reali­ zadas com as simulações para as quais resultados são apresentados neste estudo: os intervalos escolhidos para a geração dos polinômios de desempenho nunca são violados; a solução iterativa do sistema de equações dentro dos módulos criados no TRNSYS para o campo de coletores sempre converge; balanços de energia e de massa para a planta sempre apresentam erros mínimos; mensagens de advertência nunca são emitidas pelo TRNSYS; e a redução do passo de tempo e da tolerância do método numérico não altera significativamente os resultados obtidos, sugerindo que os valores adotados para as simulações (Seção 7.1) estão adequados.

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C

Neste estudo, desenvolveu-se uma metodologia de simulação capaz de analisar o comportamento dinâmico e o desempenho de longo prazo de uma central heliotérmica de micro escala (120 kWe). Para Bom Jesus da Lapa, localidade que ofereceu os melhores resultados, a simulação da planta sem armazenamento térmico revelou uma eficiência anual líquida de 7,8% e um fator de capacidade anual de 23%. No caso com armazenamento de seis horas, a simulação revelou uma eficiência anual líquida de 7,4% e um fator de capacidade anual de 43%. Os valores supracitados mostram-se próximos dos apresentados por Price e Hassani (2002), Kolb e Hassani (2006) e Canada et al. (2005a).

A capacidade de uma simulação em representar o sistema físico real depende do nível de detalhamento dos modelos matemáticos adotados. Por outro lado, a instabilidade numérica e o tempo de proces­ samento da solução tendem a aumentar com modelos matemáticos mais complexos. Dentro desse contexto, este capítulo identifica qualidades, limitações e possíveis melhorias para a metodologia proposta para a simulação transiente da planta.